BIM技術在橋梁施工階段的應用

焦玉輝

摘 要： 橋梁作為一種特殊結構體現在施工階段為施工風險大、施工裝備多、施工質量要求高，傳統的橋梁采用二維CAD圖紙，引進BIM技術后，將設計信息進行了三維化、信息化的集合，能夠大大提高施工組織效率、縮短工期、節約成本，對復雜工程效果尤為顯著。本文主要介紹橋梁施工階段BIM技術的應用。

關鍵詞： 橋梁施工；BIM；應用

1、前言

BIM技術源自西方發達國家，目前大多建設工程項目均采用BIM技術，驗證了BIM技術的應用潛力。

我國自2001年引進這一技術以來，應用推廣一直較為緩慢，且主要在房屋建筑工程應用較廣，在公路、鐵路行業的應用案例更是少之又少。

1.1國家政策發展階段分析

（1）2001年3月22日，住房與城鄉建設部下發了《建設部科技司2001年工作思路及要點》。

（2）2003年11月住房與城鄉建設部建下發《2003-2008年全國建筑業信息化發展規劃綱要》。

（3）在2011年5月10日，住房與城鄉建設部下發《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》。

提出了基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型（BIM）、基于網絡的協同工作等新技術在工程中的應用，推動信息化標準建設，促進具有自主知識產權軟件的產業化，形成一批信息技術應用達到國際先進水平的建筑企業的總目標。

（4）2015年6月16日，住房與城鄉建設部下發《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，非常細致的指出了涉及建筑業的單位應用BIM的探索方向，闡述了BIM的應用意義，基本原則，發展目標，以及發展重點。

BIM技術是CAD等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，他是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。

BIM能夠應用于工程項目規劃、勘察、設計、施工、運營維護等各階段，實現建筑全生命期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎上的數據共享，為產業鏈貫通、工業化建造和繁榮建筑創作提供技術保障；支持對工程環境、能耗、經濟、質量、安全等方面的分析、檢查和模擬，為項目全過程的方案優化和科學決策提供依據；支持各專業協同工作、項目的虛擬建造和精細化管理，為建筑業的提質增效、節能環保創造條件。到2020年末，以國有資金投資為主的大中型建筑、申報綠色建筑的公共建筑，和綠色生態示范小區等，這些項目的勘察設計、施工、運營維護中，應用BIM的項目率要達到90%。

（5）2016年8月23日，住房與城鄉建設部下發的《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》，更加細化和拓展了BIM的應用要求。

對施工類企業提出了加強信息化基礎設施建設、推進管理信息系統升級換代、拓展管理信息系統新功能的要求。

對總承包企業提出了優化工程總承包項目信息化管理，提升集成應用水平、推進“互聯網+”協同工作模式，實現全過程信息化的具體要求。

（6）針對國家政策，大多數省、自治區及直轄市也推出了BIM技術應用的相應政策、要求，一些大型項目，建設方在招標文件中就明確要求從設計、施工、運維全過程推廣應用，不具備BIM技術的施工企業將被拒之門外，各別項目BIM費用做為一項不可競爭費用在清單中單獨計列。

綜上所述，如果說CAD技術結束了傳統手工繪圖、移動支付技術改變了現金支付的傳統，那么BIM技術必然引起現場施工技術管理的革命；BIM與物聯網、云計算、3S等技術的集成應用；“互聯網+”環境下的項目多方協同工作模式，開發和應用基于互聯網的協同工作系統，實現多方之間的高效協同與信息共享；基于BIM技術的成果交付標準，實現從設計、施工到運維的數字化交付和全生命周期信息共享等等全新的應用將在我們的施工中得以實現。

1.2施工企業BIM技術應用現狀

我國BIM技術應用成功的案例多集中在建筑工程領域，如國家會展中心、廣州周大福金融中心、天津117大廈等，施工企業在鐵路工程、公路工程中的BIM應用還處于起步階段，橋梁BIM尤其如此。

橋梁作為一種特殊結構體現在施工階段為施工風險大、施工裝備多、施工質量要求高，BIM技術應用可開發價值高、應用前景廣闊。

從BIM技術的應用主體來劃分，主要分為建設單位、勘察設計單位、施工單位、運維單位等，本文主要介紹施工單位橋梁施工階段BIM技術的應用。

2、橋梁施工中BIM的應用形式

2.1一般形式

BIM技術貫穿整個項目的生命周期，一般業主單位會提出BIM建模要求，并明確各參建單位的職責及具體工作；此時工程建模工作由設計單位完成，并提供基礎數據庫和相交接口。

項目上場后，設計單位根據業主需求進行勘察設計，并建模；進行碰撞檢測、計算工程量，并利用漫游功能進行設計效果審核，建設方確定最后方案并轉化為施工圖紙；

施工單位利用設計單位的模型接口在施工過程中利用施工模型進行現場管理，對模型逐步深化，施工進度信息、成本信息、質量信息、安全信息、設計變更信息等充實到BIM模型中，最終業主得到一個完全真實的竣工模型，同時等于為業主提供了一套完整的項目建筑信息。

2.2重難點工程的BIM應用

根據BIM技術應用規律，越是工期緊、配合多、工藝復雜，BIM技術實施的優勢就越明顯，因此對一些重難點工程，施工單位對重點工程或重點施工部位有針對性的BIM技術應用。

如果一個項目設計時沒有采用BIM模式進行設計，但業主和施工企業對BIM技術有使用需求，這時需施工單位由設計的二維施工圖制做BIM模型，而這一過程需要大量的人力與時間，因此這一實施過程中一般僅針對重點難點工程和對BIM技術需求較為迫切的項目進行建模。同時根據建模需求，選用相應的建模工具。

3、BIM建模

目前，鐵路、公路行業中應用比較廣泛的建模軟件主要有Autodesk公司的Revit、Inventor以及Ben-ntley Systems公司的Microstation等BIM軟件。而達索系統BIM軟件系統—3D Experience作為后起之秀，其參數化協同設計、項目質量管理、進度管理及安全管理等功能是對其他BIM系列軟件的有效補充，特別是橋梁工程受場地限制、機械設備多、人員投入集中、工期緊對BIM技術有更多性能的需求，在實際應用中根據各種軟件特性、使用時間、費用投入、人員技術要等進行多種形式的搭配，使各類軟件發揮其各自特性，達到現場有效管理的目的。

2011年，上海市政總院與達索系統公司合作成立了SMEDI-DS應用軟件研發中心，在達索系統平臺上研發適合橋梁專業工程的軟件包，此軟件有針對性的解決了橋梁工程在建設方設計意圖的表達，提供了勘察、設計、監理、施工、運維及設備材料供應商等參與方協同工作平臺，對重難點工程可進行深化三維設計，建設方可有效進行項目管理、數據審查和性能分析等。

BIM建模流程：根據需求選擇合適的BIM軟件→建立包括坐標、幾何尺寸等基本信息模型的建立→設計審查過程中優化設計，模型相應完善→施工過程中以主模型為基礎，將進度、質量、成本、安全及變更等信息的加入，并根據需求構建施工質量、進度控制、施工模擬等相應模型，并進行施工管理應用→工程竣工，將模型交付給業主或運營維護單位。

4、施工準備階段的BIM應用

施工準備階段的BIM應用主要體現在施工深化設計、施工方案模擬等方面。該階段的BIM應用對施工深化設計的準確性、施工方案的虛擬展示等方面起到關鍵作用。

4.1施工圖深化設計

施工圖深化設計的主要目的是提升深化后建筑信息模型的準確性、可校核性。將施工操作規范與施工工藝融入施工作業模型，使施工圖滿足施工作業的需求。

BIM技術的應用，可使設計更直觀，如下圖所示，傳統CAD設計與三維模型對。

4.2施工方案模擬

施工方案模擬主要是在施工作業模型的基礎上附加建造過程、施工順序等信息，進行施工過程的可視化模擬，充分利用建筑信息模型對方案進行分析和優化，提高方案審核的準確性，實現施工方案的可視化交底。

在模擬建設制作中，將相應工序以正確的安裝順序進行關聯，造成安裝的時間差，繼而實現施工工序模擬。

5、施工實施階段的BIM應用

施工階段BIM應用是基于設計階段、施工準備階段BIM建模基礎進行的。實施過程中專業技術人員將進度信息、質量信息、消耗信息錄入系統，并定期與實施性施工組織設計進行對比，實現對工程施工過程交互式的可視化和信息化管理。

5.1計劃進度與實際進度比對

通過BIM技術的應用，一是提高施工單位的總承包總集成的能力，多算對比，有效管控，有效協同；二是合理控制工程成本提高施工效率，減少返工；三是實現綠色環保施工的理念，精確計算，減少浪費，合理布局。

通過方案進度計劃和實際進度的比對，找出進度落后或提前的對比分析圖，找出進度差異產生的主要影響因素，分析該工作的進度對整體施工進度計劃的影響程度，按需求進行資源配備、施工方案的調整優化。

（1）應用步驟

根據初步設計圖紙，建立完整項目的結構、周邊環境等模型。

向BIM建筑模型導入項目策劃的施工橫道圖進行項目模擬建造。

導出項目模擬建造的檔案，用以到時檢測和監測項目建造過程中計劃進度與實際進度的對比。

通過進度對比，工程師查找出因各種原因導致的施工進度延誤和修改問題，進行二次進度方案優化和調整并加以實施。

（2）通過模擬達到項目監控效果

實際進度模型以天、周、月為周期，進行模擬進度的更新，達到項目施工進度模擬與實際施工進度基本同步。

通過查看施工模擬的檔案，后臺掌握項目整體施工進程。并有利于監控項目主材進出料與應用的狀況；通過創模進行進度控制。

（3）應用實例

根據周邊環境條件與施工的組織設計、進度計劃，進行模擬實際施工，確定最優最合理的施工方案指導工程實體的流水實施。

5.2工程量統計

工程量統計的BIM應用主要是從模型中獲取的橋梁各主要部位工程數量、項目特征等信息，能夠有效提高項目造價管理人員對實際進度對比、原材料消耗、變更統計、對上對下計量提供依據。

（1）在Revit插件-新點比目云5D軟件中獲取施工作業模型中的實際工程量信息，得到的工程量信息可作為現場對下對下計量的有效依據。

（2）應用BIM計量與導出材料下料單，有效管控工程材料。

（3）通過模型的數據，直接從系統內導出設備的品種、數量、尺寸、規格等清單，更便捷的為材料組織配套，提高工作效率。

5.3現場管理

依托BIM360共享平臺收集的數據，現場管理強調無紙化辦公，減少資源耗費，使用手持式移動設備，方便查看圖紙、模型數據，以及瀏覽三維動畫交底、記錄現場施工情況。

通過現場移動終端，使管理者能及時得到工程基礎數據的更新，為建設單位、監理單位、施工項目部對現場的質量、安全、進度可以實時掌控，并有效調度，現場管理可形成有效閉合。

5.4工廠化預制

通過BIM技術，對項目施工工藝上使用到的特殊構件或者鋼結構構件進行提前三維立體建模。

從三維模型中導出構件的主要參數，包括長度、角度、材料、主要使用工藝等，構件模型自帶編號。

把構件詳細參數發往廠家，廠家使用構件數據預制所對應的構件，并把構件編號打到構件上。

構件通過項目施工材料計劃運輸到施工場地，施工員通過構件編號對其進行正確位置與方法的安裝。

進行數字化施工工藝交底，通過BIM技術，針對施工難點的工藝進行模擬，并以視頻形式導出；施工員通過工藝動畫進行工藝方法的詮釋并指導施工，施工工藝模擬視頻能作為施工工藝交底呈現。

5.5設計變更調整

施工過程中，根據工程變更、現場實際情況，對BIM模型進行維護和調整，使其與現場實際施工保持一致。

5.6可視化交底

利用BIM模型，開展了三維可視化交底，結合公司的質量樣板引路方案，將BIM模型與操作要點融合，使作業人員對施工任務建立了直觀明確的認識，提高了質量管理效果。

6、結論

目前建筑施工企業在實施BIM方面并不是一帆風順，而是遇到各種各樣的困難。與普及平面制圖的CAD相比，普及多信息系統的BIM技術面臨的阻力和難度更大。

BIM 正在推動一場全面變革的大潮，工程設計、建造、運維等眾多企業積極參與其中，只有通過不斷積累企業基礎數據，培養BIM專業技術人才，才能更好的推進這項技術的全面應用，橋梁工程的復雜性更決定了BIM技術應用的廣闊前景。

參考文獻

[1]中國勘察設計協會市政工程設計分會信息管理工作委員會--中國市政設計行業BIM實施指南（2015版）.

[2]靳金，曹仕雄，黃錳鋼，BIM研究者的應用體驗———廣聯達信息大廈施工階段項目管理BIM 應用探索[J].工程建設與設計，2012（10）.

[3]朱建國.BIM 技術在施工階段的應用策略研究[J].建筑施工，2013，35（7）.

[4]劉立明.建筑企業BIM 推進策略及實施方法論[J].建筑施工，資訊，特別策劃，2013.11.